Это текст от нашего читателя — потенциального донора и студентки магистратуры биофака МГУ по программе «Геномика и здоровье человека». Материал она сопроводила таким пояснением: «Свою первую статью в этой области я захотела посвятить G-CSF, потому что моя знакомая тоже вступила в регистр, но перед принятием этого решения она спросила у меня о препарате, который вводят донорам. И тогда я поняла, что потенциальных доноров это волнует, но информации для небиологов на русском языке мало».

Мы темы стимуляции перед забором кроветворных клеток из периферической крови уже касались, но статья Анастасии подробнее и глубже. Так что публикуем ее с небольшими сокращениями.

Забор гемопоэтических (кроветворных) стволовых клеток донора можно осуществлять двумя путями: напрямую, извлекая костный мозг из тазовой кости (такую операцию проводят под общим наркозом), или косвенно, взяв стволовые клетки из периферической крови. В последнем случае процедура безболезненна, но за несколько дней до донации она требует введения специального препарата, который стимулирует выход (мобилизацию) стволовых клеток из костного мозга в периферическую кровь, откуда их можно будет извлечь простым аферезом. Действующее вещество вводимого препарата называется Г-КСФ (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор), или по-английски G-CSF (granulocyte colony-stimulating factor). Возможно, кого-то может испугать уже сама аббревиатура. Но страшит то, что непонятно. Поэтому давайте попробуем на клеточном уровне разобраться, как это работает.

На самом деле G-CSF — это не какая-то чуждая человеку химия, а молекула, которая производится самим организмом в ответ на инфекцию. Этот цитокин (сигнальный белок) был открыт в 1960-е годы. Однако потребовалось еще около 20 лет, прежде чем его выделили из культуры клеток, очистили и научились в большом количестве нарабатывать в живых «реакторах» — бактериальных клетках E. coli, что сделало возможным его дальнейшее изучение и клиническое применение. Кстати, произведенный таким образом G-CSF называется «филграстим» или «ленограстим», а в России часто продается под названием «лейкостим» — впрочем, принцип действия этих синтетических форм схож с человеческим G-CSF.

Непосредственной мишенью G-CSF являются гранулоцитарные клетки иммунной системы — нейтрофилы. Они — самая многочисленная популяция лейкоцитов. Это своего рода «группа быстрого реагирования» врожденного иммунитета, потому что такие клетки быстрее всех добираются до очага воспаления и начинают поглощать патогенные частицы, разрушая их внутри себя. Либо же самоотверженно погибают, выбрасывая наружу самое ценное, что есть у любой клетки: свою ДНК, которая превращается в сеть и опутывает неприятеля (такое героическое самоубийство нейтрофилов называется «нетоз»). Так вот, G-CSF стимулирует быстрое деление и мобилизацию нейтрофилов.

Но как связаны нейтрофилы и стволовые клетки? Оказывается, здесь G-CSF действует не напрямую, а косвенно. Причем его действие опосредовано не каким-то одним, а множеством разных взаимодополняющих механизмов.

Из привычного окружения

Несмотря на то что гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) дают начало самым разным клеткам крови, таким как эритроциты, макрофаги или лейкоциты, циркулирующим затем по всему организму, сами по себе они домоседы. Пока их не призовут на службу и не заставят выбирать себе профессию, они сидят в губчатых нишах-квартирках костного мозга и нежатся среди клеток микроокружения (перечисление их мы опустим, чтобы не пугать читателей, но одни из главных тут — молодые клетки костной ткани остеобласты).

Словно запах вкусных бабушкиных блинчиков, манящий вернуться с прогулки, клетки-опекуны костного мозга имеют на своей поверхности молекулы, необходимые для выживания ГСК и «удержания дома» (так дословно переводится принятый в науки термин «хоуминг»). Самая главная из этих молекул — CXCL12, хотя на самом деле их гораздо больше. Этот класс веществ, приманивающих клетки-мишени, удерживающих их у себя, называют хемоаттрактантами. В свою очередь, стволовые клетки чувствуют их своими рецепторами CXCR4. Запомните эту парочку (чтобы не путать, R — это как раз «рецептор»).

Так вот, когда концентрация G-CSF растет и достигает ниш костного мозга, это вещество вносит небольшую суматоху в идиллическое микроокружение. В нише временно ослабевают сигналы хоуминга, и стволовые клетки больше ничем не удерживаются дома. На этом фоне другие рецепторы ГСК начинают улавливать еще один хемоаттрактант, S1P, присутствующий в плазме крови в большой концентрации, которая возрастает еще сильнее под действием G-CSF. То есть S1P — словно мальчишки, которые зовут играть во двор, только теперь уже ничто не мешает ГСК откликнуться на этот сигнал и сбежать из ниши. Давайте приведем пример нескольких механизмов, с помощью которых G-CSF делает из домоседов бунтарей.

Команда на выход

Как мы уже говорили, среди прочих типов клеток-опекунов большую роль для удержания ГСК играют остеобласты, сосредоточенные в ближайшей к кости нише. В свою очередь, остеобласты также нуждаются в заботе и поддержке. Всем этим их обеспечивают специальные макрофаги — остеомаксы. Остеомаксы оберегают остеобласты и дают им сигналы для роста. Исследования продемонстрировали, что G-CSF временно угнетает остеомаксы, без которых остеобласты начинают грустить, их численность уменьшается, а те, которые остаются, уже не хотят работать как раньше и производят в два раза меньше CXCL12 на своей поверхности. Но и это еще не все.

Основная мишень G-CSF, как мы помним, — нейтрофилы, которые начинают активно делиться. Но помимо этого меняется их поведение: они начинают выделять молекулы из группы протеаз. Те действуют как своего рода белковые ножницы, общипывая CXCL12, так что рецепторы CXCR4 кроветворных клеток эту молекулу больше не узнают.

Наконец, есть воздействие со стороны нервной системы. Нервы пронизывают весь организм, и в этом плане костный мозг не исключение — он тоже, что называется, иннервирован. Нервная система «общается» с тканями посредством веществ-нейромедиаторов.

Так вот, ученые заметили, что G-CSF влияет на один из нейромедиаторов — норэпинефрин. Под его воздействием клетки-опекуны, вместо того чтобы удерживать CXCL12 на своей поверхности, начинают выпускать эти молекулы в межклеточное пространство. Те активно уплывают в кровоток, словно гелиевые шарики в небо, и увлекают за собой ГСК, которые к тому же под влиянием норэпинефрина обзаводятся дополнительной порцией CXCR4, еще интенсивнее уплывая вслед за своими любимыми CXCL12.

Не G-CSF единым

Герой нашей статьи — пусть и первый, но на самом деле уже не единственный препарат, используемый для мобилизации гемопоэтических стволовых клеток. С тех пор как в 1980-х годах его начали применять для нужд трансплантологии, ученым удалось заметно продвинуться в понимании конкретных механизмов миграции и хоуминга ГСК. Поэтому в арсенале врачей появились лекарства, усиливающие и дополняющие мобилизационный потенциал G-CSF. В качестве примера можно привести плериксафор, который конкурентно связывается с уже знакомым нам рецептором CXCR4, отвлекая его от CXCL12. То есть служит своего рода «заглушкой» для рецептора, что лишает ГСК притяжения к костному мозгу. Так что, по мере того как мы узнаем об обитателях костномозговых ниш все больше и больше, появляются и новые кандидаты для более эффективной и стабильной мобилизации. Это может помочь получить больше стволовых клеток, когда их маловато для дальнейшего переливания.

А хорошо это или плохо?

Однако самый важный вопрос для донора: а не плохо ли это для организма? А то мы тут рассказали и про угнетенных остеомаксов, и про грустящих, остриженных остеобластов, и про изгнанные из дома стволовые клетки, после чего G-CSF может показаться каким-то злодеем. Но надо понимать, что это не более чем художественные образы. Наш G-CSF естественным образом повышается, когда организм сталкивается с инфекцией. Пусть и не до такого уровня.

Кроме того, воздействие вводимого G-CSF довольно непродолжительно, и нейтрофильная протеаза не только обстригает CXCL12, но и разрезает G-CSF, который ее же и спровоцировал. Такая вот саморегуляция.

Так что вскоре после донации оставшиеся в кровотоке стволовые клетки сумеют вернуться домой в свою нишу, на зов восстановленного сигнала от клеток-опекунов. При этом какое-то небольшое количество ГСК в любом случае всегда находится в кровотоке. А их суточный выход из костного мозга естественным образом колеблется в зависимости от циркадных ритмов, усиливаясь ранней ночью и снижаясь ранним утром.

О том, влияет ли G-CSF-опосредованный забор ГСК на здоровье донора, уже рассказывали в одной из статей Русфонда. Поэтому не будем повторяться и скажем лишь, что, как и при любой, пусть даже неинвазивной, операции, риски существуют всегда. Но серьезные побочные эффекты у доноров ГСК очень редки.

Иллюстрация: Юлия Замжицкая